Dua bintang masif yang bersentuhan di galaksi tetangga sedang dalam perjalanan untuk menjadi lubang hitam yang pada akhirnya akan runtuh bersama, menghasilkan riak dalam jalinan ruang-waktu, menurut sebuah studi baru oleh para peneliti di UCL (University College London) dan University of Potsdam. .

Studi ini diterima untuk dipublikasikan di jurnal Astronomi dan astrofisikamelihat bintang biner yang dikenal (dua bintang yang mengorbit pusat gravitasi bersama), dan menganalisis cahaya bintang yang diperoleh dari kombinasi teleskop berbasis darat dan berbasis ruang angkasa.

Para peneliti menemukan bahwa bintang-bintang, yang terletak di galaksi kerdil tetangga yang disebut Awan Magellan Kecil, berada dalam kontak sebagian dan bertukar materi satu sama lain, dengan satu bintang saat ini memakan bintang lainnya. Mereka mengorbit satu sama lain setiap tiga hari dan merupakan bintang kontak terbesar (dikenal sebagai binari kontak) yang diamati hingga saat ini.

Membandingkan hasil pengamatan mereka dengan model teoretis evolusi bintang biner, mereka menemukan bahwa dalam model yang paling cocok, bintang yang sedang diberi makan akan menjadi lubang hitam dan akan memakan bintang pendampingnya. Bintang yang tersisa akan segera menjadi lubang hitam.

Lubang hitam ini akan terbentuk hanya dalam 2 juta tahun, tetapi mereka kemudian akan mengorbit satu sama lain selama miliaran tahun sebelum bertabrakan dengan kekuatan sedemikian rupa sehingga akan menghasilkan gelombang gravitasi—riak dalam jalinan ruang-waktu—yang secara teoritis dapat dideteksi dengan instrumen. di dunia.

Ph.D. Mahasiswa Matthew Rickard (UCL Physics & Astronomy), penulis utama studi tersebut, mengatakan, “Berkat detektor gelombang gravitasi Virgo dan LIGO, lusinan penggabungan lubang hitam telah terdeteksi dalam beberapa tahun terakhir. Namun hingga saat ini kami belum mengamati bintang yang diperkirakan akan runtuh menjadi lubang hitam.” sebesar ini dan bergabung dalam skala waktu yang lebih pendek atau bahkan secara luas sebanding dengan usia alam semesta.”

“Model kami yang paling tepat menunjukkan bahwa bintang-bintang ini akan bergabung menjadi lubang hitam dalam 18 miliar tahun. Menemukan bintang di jalur evolusi ini di dekat Bima Sakti kita memberi kita kesempatan bagus untuk mempelajari lebih lanjut tentang bagaimana binari hitam ini terbentuk.”

Rekan penulis Daniel Pauli, Ph.D. Seorang mahasiswa di Universitas Potsdam berkata, “Bintang biner ini adalah biner kontak paling masif yang pernah diamati hingga saat ini. Bintang yang lebih kecil, lebih terang, dan lebih panas, 32 kali massa Matahari, saat ini kehilangan massanya dari rekannya yang lebih besar, yang memiliki 55 kali massa Matahari kita.”

Lubang hitam yang dilihat para astronom menyatu hari ini terbentuk miliaran tahun yang lalu, ketika alam semesta memiliki kadar besi dan unsur berat lainnya yang lebih rendah. Proporsi unsur-unsur berat ini telah meningkat seiring bertambahnya usia alam semesta, membuat kemungkinan penggabungan lubang hitam semakin kecil. Ini karena bintang dengan proporsi elemen yang lebih berat memiliki angin yang lebih kuat dan meledak lebih cepat.

Awan Magellan Kecil yang dipelajari dengan baik, terletak sekitar 210.000 tahun cahaya dari Bumi, dengan keanehan alam, memiliki sepertujuh kelimpahan besi dan logam berat lainnya di galaksi Bima Sakti kita. Dalam hal ini, ia meniru kondisi jauh di masa lalu alam semesta. Tapi tidak seperti galaksi yang lebih tua dan lebih jauh, mereka cukup dekat bagi para astronom untuk mengukur sifat bintang tunggal dan biner.

Dalam studi mereka, para peneliti mengukur pita cahaya berbeda yang datang dari bintang biner (spektroskopi), menggunakan data yang diperoleh selama beberapa periode waktu dengan instrumen Teleskop Antariksa Hubble NASA dan Penjelajah Spektroskopi Multi-Unit (MUSE) pada Teleskop Sangat Besar ESO. Chili, di antara teleskop lainnya, dengan panjang gelombang mulai dari ultraviolet hingga cahaya hingga inframerah dekat.

Dengan menggunakan data ini, tim dapat menghitung kecepatan radial bintang – yaitu, gerakan yang mereka lakukan menuju atau menjauhi kita – serta massa, kecerahan, suhu, dan orbitnya. Mereka kemudian mencocokkan parameter ini dengan model evolusi yang paling tepat.

Analisis spektral mereka menunjukkan bahwa sebagian besar atmosfer terluar bintang yang lebih kecil telah dilucuti oleh rekannya yang lebih besar. Mereka juga mencatat bahwa jari-jari kedua bintang melebihi lobus Roche — wilayah di sekitar bintang tempat materi terikat secara gravitasi dengan bintang itu — membenarkan bahwa beberapa materi bintang yang lebih muda tumpah ke bintang pendamping.

Berbicara tentang evolusi bintang di masa depan, Rickard menjelaskan, “Bintang termuda akan menjadi lubang hitam pertama, dalam waktu kurang dari 700.000 tahun, baik melalui ledakan spektakuler yang disebut supernova atau bisa jadi sangat masif sehingga berubah menjadi lubang hitam tanpa ledakan eksternal.”

“Mereka akan menjadi tetangga yang bergejolak selama sekitar tiga juta tahun sebelum lubang hitam pertama mulai membentuk rekannya, dan membalas rekannya.”

Pauli, yang melakukan pekerjaan pemodelan, menambahkan, “Setelah hanya 200.000 tahun, sekejap dalam istilah astronomi, bintang pendamping juga akan runtuh menjadi lubang hitam. Kedua bintang masif ini akan terus mengorbit satu sama lain, berputar dan berputar setiap beberapa hari. hingga miliaran tahun.”

“Mereka perlahan-lahan akan kehilangan energi orbit ini melalui pancaran gelombang gravitasi hingga mereka mengorbit satu sama lain setiap beberapa detik, akhirnya bergabung bersama dalam 18 miliar tahun dengan pelepasan energi besar-besaran melalui gelombang gravitasi.”